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C++ 设计模式：迭代器模式（Iterator Pattern）

article 2025/2/28 15:23:43

链接：C++ 设计模式
链接：C++ 设计模式 - 组合模式
链接：C++ 设计模式 - 职责链模式

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，它提供了一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不需要暴露该对象的内部表示。迭代器模式使得我们可以遍历不同类型的集合对象，而无需了解其底层实现。

1. 问题分析

在开发中，我们经常需要遍历集合对象（如数组、列表、树等）中的元素。不同集合对象的内部实现可能不同，但我们希望能够以一致的方式遍历它们，而不需要了解其内部结构。

迭代器模式通过提供一个统一的接口来遍历集合对象，使得客户端代码可以一致地访问不同类型的集合对象。迭代器模式将遍历操作封装在迭代器对象中，从而将集合对象的遍历与集合对象的实现分离。

2.实现步骤

定义迭代器接口（Iterator）：声明遍历元素的方法，如next()、hasNext()等。
实现具体迭代器类（ConcreteIterator）：实现迭代器接口，负责遍历集合对象中的元素。
定义聚合接口（Aggregate）：声明创建迭代器的方法。
实现具体聚合类（ConcreteAggregate）：实现聚合接口，创建具体迭代器对象。

3.代码示例

3.1.定义迭代器接口

template <typename T>
class Iterator {
 public:
  virtual ~Iterator() {}
  virtual bool hasNext() = 0;
  virtual T next() = 0;
};

3.2.实现具体迭代器

template <typename T>
class ConcreteIterator : public Iterator<T> {
 public:
  ConcreteIterator(const std::vector<T>& collection) : collection(collection), index(0) {}

  bool hasNext() override { return index < collection.size(); }

  T next() override { return collection[index++]; }

 private:
  std::vector<T> collection;
  size_t index;
};

3.3.定义集合接口

template <typename T>
class IterableCollection {
 public:
  virtual ~IterableCollection() {}
  virtual Iterator<T>* createIterator() = 0;
};

3.4.实现具体集合

template <typename T>
class ConcreteCollection : public IterableCollection<T> {
 public:
  void addItem(const T& item) { collection.push_back(item); }

  Iterator<T>* createIterator() override { return new ConcreteIterator<T>(collection); }
 private:
  std::vector<T> collection;
};

3.5.客户端代码

int main() {
  ConcreteCollection<int> collection;
  collection.addItem(1);
  collection.addItem(2);
  collection.addItem(3);

  Iterator<int>* iterator = collection.createIterator();
  while (iterator->hasNext()) {
    std::cout << iterator->next() << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  delete iterator;
  return 0;
}

4.STL

在现代C++编程中，标准模板库（STL）提供了强大且灵活的迭代器机制，极大地简化了集合对象的遍历操作。因此，STL中的迭代器在很大程度上取代了手动实现的迭代器模式。

示例：遍历std::vector

int main() {
  std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

  // 使用迭代器遍历vector
  for (std::vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  // 使用范围for循环遍历vector
  for (int value : vec) {
    std::cout << value << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  return 0;
}